任學婷 李利東

摘要：基于直接空冷機組的運行工況及其特點，文章通過對直接空冷機組的水質特點及亞臨界發(fā)電機組對水質的要求，闡述了電廠汽輪機凝結水精處理的必要性，并且詳細論述了凝結水精處理系統(tǒng)的適用技術。

關鍵詞：空冷機組 凝結水 精處理系統(tǒng)

1 概述

火電廠是工業(yè)行業(yè)中對天然水消耗最大的行業(yè)，根據(jù)國家目前現(xiàn)行的限制使用地下水和地表水的用水政策，尤其對于北方地區(qū)的新建電廠，空冷機組以其優(yōu)越的節(jié)水性能受到廣泛的應用。內蒙古興安熱電2×340MW亞臨界發(fā)電機組，首選空冷機組作為凝汽方案?，F(xiàn)將亞臨界參數(shù)以上汽包爐及直流爐的給水水質標準列于表1與表2。在機組的長期運行中，要想穩(wěn)定的達到這些要求，不對汽輪機凝結水做進一步處理是很難實現(xiàn)的。

1.1 空冷系統(tǒng)簡介。直接空冷系統(tǒng)主要由換熱管束和風機組成，風機向管束供風，管束提供換熱表面積，換熱管束分為順流冷凝器和逆流冷凝器。經(jīng)主蒸汽排管道后從汽輪機低壓缸發(fā)出的蒸汽直接進入空冷系統(tǒng)，在蒸汽分配管箱的作用下，流入順流冷凝器管束，蒸汽在這里被部分冷凝。凝結水的流動方向在順流冷凝器管內與蒸汽相同。通過冷凝器下部的凝結水連箱，沒有經(jīng)過冷凝處理的蒸汽進入逆流冷凝器管束，同時在這里被凝結。在逆流冷凝器管內，凝結水的流動方向與蒸汽相反。在啟動抽真空系統(tǒng)后，在逆流冷凝器管束的上部抽出未凝結的氣體，經(jīng)抽真空系統(tǒng)中的壓縮處理后直接放入大氣。產(chǎn)生出的凝結水由于重力作用通過凝結水疏水管道流入熱井。收集下來的凝結水再由泵通過排液管道排入凝結水箱。冷凝所需的冷空氣由軸流風機從周圍環(huán)境中抽取，并吹到翅片管束的冷卻表面。冷卻空氣流量由電機的頻率改變來調節(jié)。

1.2 空冷機組的特點。為滿足與環(huán)境空氣對流換熱的需要，散熱器具有相當大的表面積。而且，散熱器相對遠離汽機尾部，因而需要一個較大的排汽通道，盡管采用機力通風的空冷散熱器盡量靠近汽機房布置，但排汽通道的截面仍然相當大，無疑會大大增加熱力系統(tǒng)的腐蝕產(chǎn)物，危害熱力設備。

1.3 空冷系統(tǒng)水質特點

1.3.1 含鹽量低：直接空冷系統(tǒng)的汽機尾汽直接進入

空冷換熱器冷凝成水，屬一次性表面換熱，在啟動機組或者機組出現(xiàn)故障時，影響蒸汽的質量，進而升高了凝結水的含鹽量，但是卻達不到泄漏凝汽器的程度。

1.3.2 SiO2比例高：與天然水相比，在蒸汽攜帶和混床出水中，由于SiO2所占比例比較大，且水泄漏或滲漏沒有經(jīng)空冷系統(tǒng)的冷卻，所以，在水質指標中，SiO2在凝結水中所占比例也較大。

1.3.3 凝結水中CO2、金屬的腐蝕產(chǎn)物含量較高：在接觸面積

方面，由于空冷系統(tǒng)水汽接觸的換熱表面積比較大，蒸汽經(jīng)汽輪機做功后，經(jīng)大型管道及散熱片的處理被強制冷卻為凝結水，在一定程度上有更多的機會與漏入的空氣接觸，導致水中CO2的含量比較高。在水汽循環(huán)過程中，在運行過程中由于負荷發(fā)生變動，金屬氧化物的含量因汽水管道中腐蝕產(chǎn)物脫落而增大。

上述情況也是影響凝結水水質的主要原因。

1.4 水工況

1.4.1 受外界氣象的影響，空冷機組汽輪機的尾部參數(shù)發(fā)生很大的變化，凝結水溫度受年平均背壓高的影響變得較高。與大氣環(huán)境溫度相比，直接空冷機組凝結水溫度要高出36℃。

1.4.2 在啟動時，維持排氣管真空所需時間受到系統(tǒng)容積大的影響，因而變得較長。

2 處理凝結水的必要性

2.1 處理凝結水的目的。處理凝結水的任務就是對金屬的腐蝕產(chǎn)物、膠硅、懸浮雜質以及可溶鹽類進行清除。

但主要目的有兩個：去除凝結水中的金屬腐蝕產(chǎn)物及微量的溶解鹽類。

2.2 凝結水精處理的適用范圍。凝結水處理適用于汽輪機凝結水、生產(chǎn)返回水及各種疏水處理，但目前主要是針對汽輪機凝結水。由于凝結水本身比原水純凈，因此又稱為凝結水精處理。它是大容量、高參數(shù)發(fā)電機組中一種特有的水處理方式。

適用范圍：

①直流爐機組；

②亞臨界參數(shù)以上的汽包鍋爐機組；

③用海水或苦咸水做冷卻水的高壓機組及超高壓機組；

④帶有間接空冷凝汽器的超高壓機組。

3 凝結水精處理系統(tǒng)

3.1 低壓凝結水處理與中壓凝結水處理系統(tǒng)。凝結水處理系統(tǒng)在熱力系統(tǒng)中位置一般都處于凝結水泵和低壓加熱器之間，這里水溫不超過60℃，能滿足精處理設備及材料正常工作的基本要求。

這種系統(tǒng)由于凝結水泵運行壓力較低（1～1.3MPa），水經(jīng)凝結水處理裝置，再經(jīng)低壓加熱器送入高壓除氧器時，就顯得壓力不夠，為解決這個問題，就設置了凝結水箱及凝結水升壓泵，將水升壓。這種運行壓力小于1～1.3Mpa的凝結水處理系統(tǒng)稱為低壓凝結水處理系統(tǒng)。

低壓凝結水系統(tǒng)的最大問題就是凝結水箱的密封性。由于凝結水含氧量很低，要防止空氣中氧進入凝結水，必須對凝結水箱進行嚴格密封，其次的問題是凝結水箱容積較大（比如30萬機組需500立方米的水箱），在汽機房中占地面積較大。

為了解決上述問題，有設計將凝結水泵和凝結水升壓泵同軸運行，從而省去了凝結水箱，但需設置密封式補給水箱，以便于凝汽器熱井以至除氧器的水位調節(jié)。為了解決凝結水壓力較低而出現(xiàn)的問題，可以將凝結水壓力升至4Mpa，此即中壓凝結水處理系統(tǒng)。

我廠凝結水精處理系統(tǒng)即采用了中壓凝結水處理系統(tǒng)。它取消了凝結水升壓泵和凝結水箱，通過有壓放水調節(jié)。凝結水泵直接將凝結水送入凝結水處理裝置、低壓加熱器直至除氧器，因此簡化了熱力系統(tǒng)。

3.2 凝結水處理系統(tǒng)目前常用的設備。粉末樹脂覆蓋過濾器、電磁過濾器、陽離子交換器、微孔管式過濾器等。以下具體介紹前2種：

3.2.1 粉末樹脂覆蓋過濾器。覆蓋過濾器是將不同材質的助濾劑鋪覆在濾元的外表面，助濾劑包括粉末樹脂、纖維粉、活性碳粉等。粉末樹脂覆蓋過濾器是把過濾器與離子交換器結合在一起進行精處理，在正常運行過程中，通過鋪纖維粉作為除鐵過濾器，通過鋪活性碳粉進行除油。在發(fā)生事故、啟動期間或水質不好時，通過將鋪樹脂粉或樹脂粉與纖維粉進行混合，將水汽系統(tǒng)中的雜質、污染物、鹽類等進行清除。

該設備單臺出力大，占地小，容易布置主廠房，系統(tǒng)簡單，投資費用低，精處理前后凝結水的壓力損失小。運行時的起始壓差為0.02～0.34MPa，最大壓差為0.175MPa。因凝結水水質好，周期長，粉末樹脂用量不大，與薄層分床相比，運行費用差不多，甚至還要小。

3.2.2 電磁除鐵過濾器。將不銹鋼球作為電磁除鐵過濾器的填料，在線圈方面，其磁場強度為1.5×105A/m，磁通密度0.2T，過濾速度1500m/h。根據(jù)濾床壓力損失或預先選定的時間間隔判斷其是否失效。失效后進行沖洗，沖洗時間1～2min，在沖洗的過程中必須對電氣進行退磁處理，在水量方面通常為過濾器體積的12倍。

3.3 設備比較。通過對上述進行分析，在基建投資、占地面積、操作管理、系統(tǒng)運行安全性等方面，粉末樹脂覆蓋過濾器系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢。

3.3.1 我廠采用的是粉末樹脂覆蓋過濾器。粉末樹脂覆蓋過濾器用于除鹽時，陰陽樹脂比例1：（2～9），樹脂用量為0.8～1千克/平方米。

機組啟動階段：受懸浮固體與溶解固形物高的影響，

通過選擇陽（氨型）陰（OH-）比例2：1混合樹脂和纖維進行一起使用，控制樹脂與纖維的比率為2：1，鋪膜劑量為0.74～1.20kg/m2。

正常運行階段：選擇陽（氨型）陰（OH-）比例為2：1混合樹脂和纖維一起使用，樹脂與纖維的比率在1：1之間，鋪膜劑量為0.8～1.20kg/m2。通常情況下，每臺過濾器的鋪膜量每次為0.98kg/m2。每臺粉末樹脂過濾器運行周期：20～30天。

3.3.2 覆蓋過濾系統(tǒng)工藝。按照2×100%設置每臺機組的精處理設備按凝結水量，按中壓系統(tǒng)設計系統(tǒng)，同時為每臺機組設置一套鋪膜及清洗設施。

工藝流程：凝結水泵來水→粉末樹脂覆蓋過濾器→低壓加熱器。

在系統(tǒng)中設置旁路，系統(tǒng)在溫度超出設定值時，自動切換到旁路。

4 總結

4.1 基于亞臨界機組對汽水品質的要求，直接空冷系統(tǒng)應設凝結水精處理裝置，進而減少系統(tǒng)中腐蝕產(chǎn)物的沉積，同時避免CO2進入熱力系統(tǒng)。需要對凝結水進行100%處理。

4.2 處理水質溫度是選擇空冷機組凝結水精處理

系統(tǒng)的主要因素，其材質、濾料和樹脂等符合耐高溫的要求。

4.3 在選擇凝結水精處理系統(tǒng)設備的過程中，需要對水質適應性進行綜合考慮，特別是系統(tǒng)的先進性、經(jīng)濟性、環(huán)境影響以及機組爐內的水化學工況等諸多因素，從而合理選擇應用精處理設備。

參考文獻：

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